基于组态王软件的翻车机控制系统的设计及应用

汪 涛

（武汉电力设备厂技术中心,湖北 武汉，430064)

0 引言

翻车机是一种用来翻卸铁路敞车的大型机械设备，用于翻卸各种标准轨道铁路敞车运载的煤炭、矿石及其他散装物料,被广泛应用于电力、冶金、化工、港口等行业。单车翻车机系统卸车效率为20-25节/小时，与其他散料卸车方式相比，有价格低廉、安全环保、节能高效的优点，对我国经济的发展有重大的现实意义，也是制造厂家在科学发展观理论上一个具体的实现。

目前，翻车机自动化控制领域大多使用具有较高市场占有率的国外软件，如Ifix，Intouch，RSVIEW等，但由于语言能力、售后服务及价格等因素，国内厂家也逐渐开始使用逐步成熟起来的国产软件，如组态王、力控等。经过比较，选用组态王6.52软件作为翻车机控制系统开发平台，具有可靠性高、开发周期短、成本低廉、扩展和兼容性好等优势。

翻车机控制系统应用先进的工业控制计算机、可编程逻辑控制器PLC、组态软件、变频调速技术以及工业网络通讯技术，结合翻车机系统本身的工艺特性，形成了集现场信号自动检测、设备自动控制、异常和故障报警或停止、故障和操作记录的追忆和分析，以及自动形成运行报表的智能监控系统。

1 功能设计

翻车机控制系统是一个连锁信号比较复杂的系统，由多个设备之间相互协作来运行。每个设备的动作必须在满足其自身或其它设备状态条件时才能执行，否则就可能出现重大设备事故。系统采用变频电机和液压缸为动作执行机构，由可编程逻辑控制器（PLC）判断条件，并发出信号动作，以达到牵引重车、翻车、迁车、空车线排空的目的。PLC采集现场的各种信号，通过运算和处理输出给变频器控制板速度和方向，实现电机的正转、反转以及速度的多种切换；同时，模拟量信号采集板（TB2）控制板上的模拟量信号，经过PLC的运算传到翻车机监控系统中。同样地，PLC通过采集现场信号，判断处理，控制电磁阀输出来执行各种动作。上位机系统设置一个操作员站，一台工程师站，分别通过以太网交换机连接到PLC。

翻车机控制系统硬件主要由Quantumn PLC及其DI、DO、AI、NOE以太网模块、研华工业控制计算机、惠普打印机、交流变频器AB700S、4～20mA电流隔离变送器和4～20mA压力变送器组成。

本翻车机控制系统主要实现的功能有：

（1）建立集中管理、过程监视的计算机系统。实现翻车机系统卸车全过程的全自动作业，达到“现场无人看守，操作站一人值班”的目的；

（2）图形界面模拟设备实际工况，通过计算机操作直接对翻车机系统进行控制；

（3）各类故障的界面显示、报警提示，历史记录和故障查询。故障类型、故障原因及处理方法可通过打印接口直接打印输出；

（4）历史操作及报警的记录和查询，并打印所需信息；

（5）电机电流、压车压力的历史记录和查询；

（6）自动记录翻车数量,并分别按班次、日、周、月进行统计,统计结果按格式选择性打印或存储。

1.1 操作权限设计

图1 用户权限逻辑示意图

组态王6.52通过给操作员和画面对象分配权限值、并比较两者权限值的大小来实现操作权限的控制，即：操作员只能打开比自身权限值小的画面对象。本系统为操作员级别定义为运行级、班长级、维护级，并分别分配权限值9、99和999。基于此，开机后用户自动进入登陆画面，需通过选择相应的操作员级别且正确输入密码来完成登录操作并进行其他动作。其中，运行级能够进行设备送电、设备操作及信号监视；班长级除具有运行人员的权限外，还具有解除部分设备连锁信号、对设备进行调试操作、以及报表打印的权限；维护级具有最高权限，除具备运行和班长级权限外，还能够退出和修改控制系统、调出历史数据、了解近期设备故障和分析事故责任。而且，在注销登陆用户后，本系统还通过权限限制了其他人员进入控制系统主页面，保证了系统操作的安全性。用户权限逻辑如图1所示。

1.2 监控主界面设计

图2 翻车机控制系统主画面示意图

图2为翻车机控制系统主画面示意图，实际使用中可适当增加颜色达到美观效果。画面最上方显示的为系统控制方式和登录用户等信息；中部为电流压力的实时数字展示和操作控制；而最下方的则为一排画面切换按钮，以实现快速地切换到操作导航、信号监视、模拟操作、实时曲线、历史趋势、实时报警、历史数据查询和报表画面。在此画面中，登录的高权限值用户可以监视及控制系统内运行的图形、模拟量及动画，并对设备进行操作。

1.3 趋势曲线界面设计

组态王6.52不仅能够以数值的形式表示实时和历史数据，同时还能通过曲线的方式来展示。在系统运行启动时，某些重要的信息如主电机电流、压车压力等，采取后台记忆的方式进行记录，这一方面能为实时和历史曲线提供数据基础，另一方面还能方便维护人员进行设备检修。本系统实时曲线通过工具箱内实时趋势曲线按钮实现；而历史趋势曲线则是通过调用KVHTrend曲线控件来完成，该历史曲线控件不但可以实现本系统后台存储历史数据的曲线绘制，还可以将ODBC数据源中的数据记录以曲线形式进行展示，且在运行状态下具有在线动态增加/删除曲线、曲线图表无级缩放、曲线动态比较和打印等功能。

1.4 历史报警及事件查询设计

图3 历史报警及事件查询界面示意图

图3为翻车机控制系统历史报警及事件查询界面示意图。本控制系统需要记录的数据类型为故障报警和操作记录。对于这两种类型的数据的实时展示可由组态王自带的实时报警功能来实现；而历史展示则是通过组态王的ODBC接口将数据存储到ACCESS数据库中，然后调用查询控件KVADODBGrid，以完成历史故障报警及操作记录的条件查询和打印，条件查询方式分为按时间查询、按类型查询及自定义条件查询。通过历史报警及事件的查询，则可对设备故障及操作记录进行统计分析，明确设备在工作时的缺陷与不足，为翻车机的操作管理提供了可靠的事实依据，进而为逐步提高翻车自动化工作效率打下了结实的基础。

1.5 翻车机运行报表设计

图4 翻车机运行报表示意图

图4为翻车机控制系统的翻车机运行报表。翻车机报表按天和班次自动生成，报表内容包括翻车机时间、翻车数、翻车班次、以及操作人员信息。本系统报表页面中，通过“刷新列表”按钮可在COMBOX控件中查询出所有最新的报表文件，选择相应的报表名并按下“载入报表”按钮后，所选择的报表便显示在左侧的报表框中，另外通过“打印预览”和“打印”按钮则可实现当前显示报表的打印预览和打印功能，如图4所示。管理人员通过查看翻车机报表，可及时了解翻车机运行状况，并对翻车机工作提出指导性意见。

2 结束语

翻车机控制系统采用组态王6.52作为开发及运行平台，缩短了监控系统的开发周期，降低了监控系统的投资，完善了组态王监控系统在翻车机领域的应用，满足了翻车机行业日益增长的现代设备高度自动化的要求。虽然翻车机控制系统是一个信号非常复杂的系统，运行中需要注意的信号较多，但经过长时间的运行和检测，本翻车机控制系统通过实时监控、数据存储与查询、历史趋势记录与展示、翻车机报表等组态功能，成功实现了翻车机工作监视及自动/手动控制，达到了实时/历史运行状态人性化展示的目的，且丰富了监控系统的信号表达方式，为翻车机操作员及管理者提供了便捷的工作方式，同时为翻车机控制系统的现代化发展奠定了夯实的基础。

[1]北京亚控科技发展有限公司.KINGVIEW使用手册[M].北京:希望电子出版社,2001:5-8.

[2]汪传生,z.基于组态王6.5的实验型密炼机控制系统[J].微计算机信息,2007,23:1.

[3]刘兆瑜,邸金红.短丝烘干监控系统设计与实现[J].自动化技术与应用,2007,26:9.

[4]郑慧,吴猛.一种基于组态王的简单实用的数据库查询方法[J].微计算机信息,2007,23 (12-3):157-158.

[5]王冰,王世明.组态王相关数据库研究[M].上海:计算机工程与设计,2008,04: 1025-1027.

[6]袁秀英.组态控制技术[M].北京:电子工业出版社,2003:124-162.